一种基于柔性机械结构的类同步调谐外腔半导体激光器制造技术

本发明专利技术属于半导体激光技术领域，涉及一种类同步调谐光栅反馈式外腔半导体激光器。本发明专利技术由激光器外壳、激光器外底板、激光器内盖、激光器内底板、控制器接口、控温陶瓷、热敏电阻、输出窗口、激光二极管压环、激光二极管、激光二极管卡座、准直透镜卡座、准直透镜、反射光栅或直角棱镜、柔性机械结构支架、压电陶瓷、压电陶瓷安装套、高反镜构成；在普通外腔式半导体激光器的基础上，使用了柔性机械结构支架搭载着反射光栅或直角棱镜，不仅能够满足其围绕最佳调谐点旋转，从而满足无跳模调谐条件，实现大范围无跳模调谐，还能够缩小激光器的外形尺寸、优化激光器的抗振性能，使其能满足一些特殊环境下如武器装备、航空航天等领域的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性机械结构的类同步调谐外腔半导体激光器
本专利技术涉及一种类同步调谐光栅反馈式外腔半导体激光器，属于半导体激光

技术介绍
光栅反馈式外腔半导体激光器提供了廉价可靠的可调谐激光源。使用光栅作为外腔提供外部光反馈进入半导体的有源区，能够大为改善半导体激光器的光谱性能，获得了更窄的线宽、更高的光谱纯度和更宽的连续调谐范围，从而为高分辨率光谱学、量子精密测量、非线性光学和光纤传感等领域提供了理想的相干光源。连续无跳模调谐范围是可调谐激光器的一项关键性能指标，如何增大连续无跳模调谐范围一直是研究的热点。激光输出波长由激光谐振腔内的损耗谱与有源区的增益谱共同决定，而在光栅外腔的作用下，满足谐振腔驻波条件和光栅方程的激光纵模，由于有更低的损耗而更容易起振。如果有激光纵模同时满足这两个条件，那么在腔内模式竞争中将压制其余模式起振从而实现单纵模输出。通过同时改变外腔腔长与光栅衍射角使其二者在光谱上的作用同步进动，在理论上能够实现激光器的超大范围无跳模调谐。工程上通常使用的光栅外腔结构有Littrow和Littman两种，本质上都是利用了光栅的色散能力来实现纵模选择。激光二极管出射的激光打在光栅上，通过调节光栅的衍射角，使得衍射光的指定模式的光作为光反馈射入激光二极管的有源区，以增强该模式的受激辐射，如果该模式同时满足谐振腔的驻波条件，则能够实现激光器的单模输出。此时再微调光栅的角度，这将改变衍射光波长与腔长，而腔长对应的驻波条件随之改变，如果腔长和光栅衍射角的进动不同步，就会出现激光器跳模，使得调谐性能大打折扣。这个问题可以通过精心选择光栅或直角棱镜的旋转点来实现。而这个最佳旋转点位于光栅平面与平行于二极管后端面延长线之间的交点，其位置距离其他光学元件比较远，如果采用传统的悬臂梁结构解决光栅围绕轴点旋转的问题，通常会因为使用长旋臂而导致结构不够紧凑或是过于复杂。另外，长旋臂对外界的振动非常敏感，会带来激光器波长抖动和线宽展宽的缺点。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于柔性机械结构的类同步调谐外腔半导体激光器。柔性机械结构支架用以代替传统的悬臂梁结构支架，其能够模拟反射光栅或直角棱镜围绕虚拟轴点旋转，并且大大缩短了旋臂长度。本专利技术在保证激光器满足同步调谐条件，获得宽泛无跳模调谐性能的同时，也使得激光器外形小巧、结构紧凑，抗振性能得到有效提升，可应用于航空航天、武器装备或其它环境恶劣的工业领域，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于柔性机械结构的类同步调谐外腔半导体激光器，包括激光器外壳、激光器外底板、控制器接口、控温陶瓷、热敏电阻、输出窗口、激光二极管压环、激光二极管、激光二极管卡座、准直透镜卡座、准直透镜、反射光栅、柔性机械结构支架、压电陶瓷、压电陶瓷安装套、高反镜；所述激光器外壳包含前板、后板、两块侧板、顶盖和激光器内底板，与输出窗口一起用于保护、隔离激光器内部光学元件，使内部光学元件处于相对稳定的工作环境；所述输出窗口是一片镀有相关激光波长增透膜的玻璃，对激光器起到防尘保护与隔离的作用；所述控制器接口连接半导体激光器控制箱，将压电陶瓷驱动电压、激光二极管驱动电流、热敏电阻检测信号和控温陶瓷电压通过导线分别作用于压电陶瓷、激光二极管、热敏电阻和控温陶瓷；所述激光器内部的光学元件包含激光二极管压环、激光二极管、激光二极管卡座、准直透镜卡座、准直透镜、反射光栅、柔性机械结构支架、压电陶瓷、压电陶瓷安装套与高反镜，其中激光二极管卡座、准直透镜卡座和柔性机械结构支架以螺丝紧固的方式安装在激光器内底板上；所述激光二极管通过激光二极管压环安装在激光二极管卡座上，用螺丝进行紧固，激光二极管卡座上用导热硅胶粘合上热敏电阻，用以监测激光二极管的工作温度；控温陶瓷位于激光器内底板和激光器外底板之间，用以维持激光二极管工作环境温度稳定；所述准直透镜的外表面有螺纹以直接安装至准直透镜卡座上，准直透镜卡座用螺丝紧固的方式安装在激光二极管卡座上，准直透镜卡座的螺纹孔内嵌有橡胶圈，保证准直透镜与螺纹孔的紧密配合不会松动，通过调整螺纹拧进量的大小，能够改变准直透镜与激光二级管的工作距离，保证激光二极管的发光面处于准直透镜的焦点位置；所述柔性机械结构支架前端安装反射光栅，后端安装压电陶瓷，使反射光栅能够围绕着设计的虚拟旋转轴进行转动，以达到类同步调谐条件，柔性机械结构支架采用线切割的一体化设计以提升抗振性能；所述激光器工作时，激光二极管输出的激光经准直透镜后输出平行光束，然后激光入射至Littrow式光栅外腔中，所述Littrow式光栅外腔由反射光栅组成；激光照射在反射光栅上产生的一级衍射光作为外部光反馈返回至激光二极管的有源区；反射光栅产生的零级衍射光作为输出光，经高反镜反射后透过输出窗口成为激光器系统的输出光；柔性机械结构支架搭载着反射光栅围绕虚拟轴点旋转，进行激光器输出波长调谐。作为本专利技术的进一步改进，所述一种基于柔性机械结构的类同步调谐外腔半导体激光器的光栅外腔为Littman式，所述Littman式光栅外腔由反射光栅和直角棱镜构成；所述柔性机械结构支架前端安装直角棱镜，后端安装压电陶瓷，使直角棱镜能够围绕着设计的虚拟旋转轴进行转动，以达到类同步调谐条件，反射光栅固定安装在内底板上；所述激光器工作时，激光二极管输出的激光经准直透镜后输出平行光束，然后激光入射至Littman式光栅外腔中，激光照射在反射光栅上产生的一级衍射光垂直射入直角棱镜中，经直角棱镜反射后，作为外部光反馈返回至激光二极管的有源区；反射光栅产生的零级衍射光作为输出光，经高反镜反射后透过输出窗口成为激光器系统的输出光；柔性机械结构支架搭载着直角棱镜围绕虚拟轴点旋转，进行激光器输出波长调谐。本专利技术的有益效果是：在普通外腔式半导体激光器的基础上，使用了一种柔性机械结构支架搭载着光栅、直角棱镜，不仅能够满足光栅、直角棱镜围绕最佳调谐点旋转，从而满足无跳模调谐条件，实现大范围无跳模调谐，还能够缩小激光器的外形尺寸、优化激光器的抗振性能，使其能满足一些特殊环境下如武器装备应用、航空航天等领域的要求。附图说明图1是本专利技术的光栅反馈式类同步调谐半导体激光器整体结构示意图；图2是本专利技术提供的Littrow式的爆炸拆解图；图3是本专利技术提供的Littman式的爆炸拆解图；图4是本专利技术所述的柔性机械结构支架的细节图；图5是本专利技术所述的柔性机械结构支架的工作原理图；图6是本专利技术所涉及的Littrow式光栅外腔半导体激光器的最佳调谐点示意图；图7是本专利技术所涉及的Littman式光栅外腔半导体激光器的最佳调谐点示意图。图中所示：1-激光器外壳(图1)，2-激光器外底板(图1)，3-控制器接口(图1)，4-控温陶瓷(图1)，5-输出窗口(图1、图2、图3)，6-激光二极管压环(图2、图3)，7-激光二极管(图2、图3)，8-激光二极管卡座(图2、图3)，9-准直透镜卡座(图2、图3)，10-准直透镜(图2、图3)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于柔性机械结构的类同步调谐外腔半导体激光器，其特征在于，包括激光器外壳、激光器外底板、控制器接口、控温陶瓷、热敏电阻、输出窗口、激光二极管压环、激光二极管、激光二极管卡座、准直透镜卡座、准直透镜、反射光栅、柔性机械结构支架、压电陶瓷、压电陶瓷安装套、高反镜；/n所述激光器外壳包含前板、后板、两块侧板、顶盖和激光器内底板，与输出窗口一起用于保护、隔离激光器内部光学元件，使内部光学元件处于相对稳定的工作环境；/n所述输出窗口是一片镀有相关激光波长增透膜的玻璃，对激光器起到防尘保护与隔离的作用；/n所述控制器接口连接半导体激光器控制箱，将压电陶瓷驱动电压、激光二极管驱动电流、热敏电阻检测信号和控温陶瓷电压通过导线分别作用于压电陶瓷、激光二极管、热敏电阻和控温陶瓷；/n所述激光器内部的光学元件包含激光二极管压环、激光二极管、激光二极管卡座、准直透镜卡座、准直透镜、反射光栅、柔性机械结构支架、压电陶瓷、压电陶瓷安装套与高反镜，其中激光二极管卡座、准直透镜卡座和柔性机械结构支架以螺丝紧固的方式安装在激光器内底板上；/n所述激光二极管通过激光二极管压环安装在激光二极管卡座上，用螺丝进行紧固，激光二极管卡座上用导热硅胶粘合上热敏电阻，用以监测激光二极管的工作温度；控温陶瓷位于激光器内底板和激光器外底板之间，用以维持激光二极管工作环境温度稳定；/n所述准直透镜的外表面有螺纹以直接安装至准直透镜卡座上，准直透镜卡座用螺丝紧固的方式安装在激光二极管卡座上，准直透镜卡座的螺纹孔内嵌有橡胶圈，保证准直透镜与螺纹孔的紧密配合不会松动，通过调整螺纹拧进量的大小，能够改变准直透镜与激光二级管的工作距离，保证激光二极管的发光面处于准直透镜的焦点位置；/n所述柔性机械结构支架前端安装反射光栅，后端安装压电陶瓷，使反射光栅能够围绕着设计的虚拟旋转轴进行转动，以达到类同步调谐条件，柔性机械结构支架采用线切割的一体化设计以提升抗振性能；/n所述激光器工作时，激光二极管输出的激光经准直透镜后输出平行光束，然后激光入射至Littrow式光栅外腔中，所述Littrow式光栅外腔由反射光栅组成；激光照射在反射光栅上产生的一级衍射光作为外部光反馈返回至激光二极管的有源区；反射光栅产生的零级衍射光作为输出光，经高反镜反射后透过输出窗口成为激光器系统的输出光；柔性机械结构支架搭载着反射光栅围绕虚拟轴点旋转，进行激光器输出波长调谐。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性机械结构的类同步调谐外腔半导体激光器，其特征在于，包括激光器外壳、激光器外底板、控制器接口、控温陶瓷、热敏电阻、输出窗口、激光二极管压环、激光二极管、激光二极管卡座、准直透镜卡座、准直透镜、反射光栅、柔性机械结构支架、压电陶瓷、压电陶瓷安装套、高反镜；
所述激光器外壳包含前板、后板、两块侧板、顶盖和激光器内底板，与输出窗口一起用于保护、隔离激光器内部光学元件，使内部光学元件处于相对稳定的工作环境；
所述输出窗口是一片镀有相关激光波长增透膜的玻璃，对激光器起到防尘保护与隔离的作用；
所述控制器接口连接半导体激光器控制箱，将压电陶瓷驱动电压、激光二极管驱动电流、热敏电阻检测信号和控温陶瓷电压通过导线分别作用于压电陶瓷、激光二极管、热敏电阻和控温陶瓷；
所述激光器内部的光学元件包含激光二极管压环、激光二极管、激光二极管卡座、准直透镜卡座、准直透镜、反射光栅、柔性机械结构支架、压电陶瓷、压电陶瓷安装套与高反镜，其中激光二极管卡座、准直透镜卡座和柔性机械结构支架以螺丝紧固的方式安装在激光器内底板上；
所述激光二极管通过激光二极管压环安装在激光二极管卡座上，用螺丝进行紧固，激光二极管卡座上用导热硅胶粘合上热敏电阻，用以监测激光二极管的工作温度；控温陶瓷位于激光器内底板和激光器外底板之间，用以维持激光二极管工作环境温度稳定；
所述准直透镜的外表面有螺纹以直接安装至准直透镜卡座上，准直透镜卡座用螺丝紧固的方式安装在激光二极管卡座上，准直透镜卡座的螺纹孔内嵌有橡胶圈，保证准直透镜与螺纹孔的紧密配合不会松动，通过调整螺纹拧进量的大小，能够改变...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹宏新，王文海，詹子豪，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43